一款高功率密度充電器的設(shè)計與實現(xiàn)

吳 坡

(鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 鹽城 224000)

0 引言

隨著動力鋰電池技術(shù)的發(fā)展，生活中更多時候要求電池組能夠快速充電，比如電動滑板車、電動自行車的電池組都要在很短時間內(nèi)能充滿電，才能滿足消費者的需求。市場上需要一款體積小、功率大的恒流充電器。

1 充電器的設(shè)計

1.1 設(shè)計目標(biāo)

設(shè)計一款小于100W的充電器，要求使充電寶能夠在45分鐘內(nèi)充滿，具體參數(shù)如下。輸入電壓：90～250Vac，50Hz全電壓輸入；輸出電流：1.9A恒流；輸出電壓范圍：25～50V；空載輸出電壓：75V。

1.2 電源選擇

目前絕大多數(shù)的電源都是開關(guān)電源，開關(guān)電源是使用晶體管作為開關(guān)管，通過控制開關(guān)管導(dǎo)通與截止時間和開關(guān)頻率來控制負(fù)載電流的一種電源。按照是否可用變壓器進(jìn)行功率傳遞可將DC/DC變換器分為隔離型和非隔離型兩大類。

隔離型DC/DC變換器有兩個缺點：第一，結(jié)構(gòu)相對來說比較復(fù)雜，使得產(chǎn)品體積較大；第二，功率的轉(zhuǎn)換效率較低。它的優(yōu)點是可以實現(xiàn)輸入與輸出電路的電氣隔離，使用更安全；變換器輸入端不受負(fù)載波動的影響；非隔離電源輸入與輸出沒有電器隔離，有一定的觸電危險，特別是用戶要經(jīng)常觸碰充電器，在使用方面存在不安全因素，所以從用戶安全角度考慮，選用隔離型開關(guān)電源。

1.3 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇

電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選用反激式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源硬件較為簡單，成本較低，適用于輸出功率在200W以下的開關(guān)電路。另外一方面該結(jié)構(gòu)不需要次級濾波輸出電感，既是變壓器，又是電感；相對其他結(jié)構(gòu)而言，該結(jié)構(gòu)可用較少的線圈匝數(shù)獲得較高的電壓，因此選用反激變換電路。

1.4 其他

選用BP3105恒流控制芯片；用250V、1A的保險絲；選擇TENTA品牌的X2級別275Vac、0.1uF的安規(guī)電容；選用2A、600V的整流橋。

1.5 PFC電路設(shè)計

選用無源PFC電路，電路圖如下圖所示。該電路由三只二極管和兩只電容組成，Vac由0向峰值Vm變化的1/4周期內(nèi)，電流對C1并經(jīng)過D2對C2充電；到達(dá)Vm時，因為C1=C2，所以Vc1=Vc2=0.5Vm；當(dāng)Vac由Vm下降時，電容C1通過負(fù)載和D3迅速放電，直到Vac=0.5Vm，然后C2通過D1和負(fù)載放電；負(fù)半周的變化與正半周類似，AC輸入電流將變得更平滑。

圖1 無源PFC電路

綜上，該款充電器的電路總圖如下：

圖2 100W恒流源電路原理圖

2 結(jié)束語

最后該款充電器的實物如右圖所示，尺寸為：30×28×110mm，和市場上同功率的隔離型恒流源相比，體積小很多，滿足設(shè)計要求。

圖3 100W充電器實物圖